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第6章 从杂交育种到基因工程,【知识梳理】 一、杂交育种与诱变育种 1.杂交育种： (1)概念：将_品种的优良性状通过交配集中在一起， 再经过_和_，获得新品种的方法。 (2)原理：_。 (3)过程：选择具有不同优良性状的亲本_，获得F1F1_ 获得F2鉴别、选择需要的类型优良品种。 (4)优点：可以把_集中在一起。 (5)应用：培育性状重组型优良品种。,两个或多个,选择,培育,基因重组,杂交,自交,多个品种的优良性状,2.诱变育种： (1)概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生_ _，从而获得优良变异类型的育种方法。 (2)原理：_。 (3)过程：选择生物诱发基因突变选择_培育。 (4)特点。 可以提高_，在较短时间内获得更多的优良变异类型。 大幅度地改良某些性状。 具有盲目性，需大量处理材料。 (5)应用：培育具有_的品种。,基因,突变,基因突变,理想类型,突变率,新性状,3.生物育种原理、方法、实例(连线)：,二、基因工程的概念及其应用 1.基因工程的概念：,基因拼接,DNA重组,DNA分子,分子,定向,2.工具： (1)剪刀与针线(如图)： a：基因的“剪刀”：_。 b：基因的“针线”：_。 (2)基因的“运输工具”：_，常用_、噬菌体、动植物 病毒等。,限制性核酸内切酶,DNA连接酶,运载体,质粒,3.基本步骤：,目的基因,运载体,受体细胞,检测与鉴定,4.基因工程的应用： (1)作物 育种 (2) (3)环境保护：利用_降解有毒有害的化合物，吸收环境 中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。,目的：培育出具有各种_的作物新品种 实例：抗棉铃虫的_ 意义：减少了_用量，保护环境,抗逆性,转基因抗虫棉,农药,大肠杆菌,转基因细菌,5.基因工程的安全性：,严格控制,大范围推广,【小题快练】 1.考题诊断： (1)(2013全国卷T5D)用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获 得种子性状发生变异的大豆。 ( ) 【分析】射线照射可以引起基因中碱基对的增添、缺失或替换，引 起基因突变，从而导致性状发生改变。,(2)(2013全国卷T5C)将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组 织培养获得抗病植株。 ( ) 【分析】植物基因工程育种，目的基因导入受体细胞后，需要经过 植物组织培养过程形成植株。,2.易错诊断： (1)在诱变育种和杂交育种过程中均可产生新的基因和新的基因型。 ( ) 【分析】杂交育种的原理是基因重组，不能产生新的基因，只能 产生新的基因型。,(2)太空育种能按人的意愿定向产生所需优良性状。 ( ) 【分析】太空育种的原理是基因突变，而基因突变是不定向的， 此育种方式不能定向获得新品种。 (3)培育无子西瓜是利用基因重组的原理。 ( ) 【分析】无子西瓜的培育是利用染色体变异的原理。,3.教材研习： (必修2 P101基础题T3改编)利用60Co可进行诱变育种，有关说法错误的是( ) A.利用60Co放出的射线照射种子时一般不选用干种子 B.若处理后的种子萌发后不具备新性状，即可抛弃 C.处理后只有少部分种子将发生基因突变 D.产生的新性状大多对生产不利,【解析】选B。基因突变多发生于DNA复制时期，晒干的种子细胞分裂较慢，难以发生基因突变，A项正确；种子可能产生隐性突变，当代不表现有关性状，B项错误；基因突变发生频率较低，只有少部分种子发生基因突变，C项正确；基因突变具有多害少利性，D项正确。,4.可改变原有基因的分子结构的育种方法有( ) A.杂交育种 B.诱变育种 C.多倍体育种 D.单倍体育种 【解析】选B。诱变育种的原理是基因突变，基因突变可改变基因的分子结构。,5.两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB，这两对基因按自由组合定律遗传，要培育出基因型为aabb的新品种，最简捷的方法是( ) A.单倍体育种 B.杂交育种 C.人工诱变育种 D.多倍体育种 【解析】选B。杂交育种是常规育种方法。两个亲本的基因型为AAbb和aaBB，通过杂交育种，在F2中即可获得基因型为aabb的新品种。单倍体育种过程较复杂，操作要求高；诱变育种需处理大量的实验材料。,6.通过单倍体的途径培育小麦新品种可以大大缩短育种年限，培育单倍体幼苗所用的花药应取自( ) A.某一优良品种 B.被确定为父本的植株 C.F1 D.F2 【解析】选C。F1中含有来自双亲的不良基因和优良基因，通过减数分裂产生的配子可能只含有优良基因，通过单倍体育种可快速培育出具有优良性状的纯合子。,7.玉米的种植面积越来越大，农民需要每年购买玉米杂交种子，不能自留种子来年再种的原因是( ) A.自留种子发芽率低 B.杂交种都具有杂种优势 C.自留种子容易患病虫害 D.杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离 【解析】选D。玉米杂交种利用的是作物的杂种优势。杂交种的有性繁殖后代会发生性状分离。,8.下列属于利用基因工程技术培育新品种的是( ) A.耐寒的小黑麦 B.抗棉铃虫的转基因抗虫棉 C.太空椒 D.试管牛 【解析】选B。耐寒的小黑麦是多倍体育种产生的；抗棉铃虫的转基因抗虫棉是基因工程培育的新品种；太空椒是诱变育种产生的；试管牛是通过胚胎工程育种。,【速记卡片】 1.杂交育种的两个特点：能将多个优良性状集中到同一生物个体上；耗时较长。 2.诱变育种的方法和特点： (1)两种诱变方法：物理诱变、化学诱变。 (2)两个特点：多害少利；能产生新基因，创造生物新类型。,3.基因工程的三种工具： (1)限制性核酸内切酶：能识别并切割特定的核苷酸序列。 (2)DNA连接酶：连接两个DNA片段之间的脱氧核糖和磷酸。 (3)运载体：将外源基因送入受体细胞。常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。,考点一 五种育种方法的比较,【高考警示】不同育种方法需注意的问题 (1)诱变育种：多用于植物和微生物。原核生物不能进行减数分裂，所以不能运用杂交的方法进行育种，如细菌的育种一般采用的方法是诱变育种。 (2)杂交育种：不一定需要连续自交。若选育显性优良纯种，需要连续自交筛选，直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种，则只要出现该性状个体即可。,(3)花药离体培养单倍体育种：花药离体培养只是其中的一个程序，要想得到可育的品种，一般还需要用秋水仙素处理单倍体使染色体数目加倍。,【考题回访】 1.(2014江苏高考)下图是高产糖化酶菌株的育种过程，有关叙述错误的是( ),A.通过上图筛选过程获得的高产菌株未必能作为生产菌株 B.X射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体变异 C.上图筛选高产菌株的过程是定向选择过程 D.每轮诱变相关基因的突变率都会明显提高 【解题指南】隐含知识：该菌株能形成糖化酶，则一定是真核生物，因为蛋白质的糖化是在内质网中完成的，所以该菌株能发生染色体变异。,【解析】选D。本题考查基因突变的特点和诱变育种过程。图示育种过程为诱变育种，由于基因突变是不定向的，该过程获得的高产菌株不一定符合生产的要求，A正确；X射线处理既可以引起基因突变，也可能导致染色体变异，B正确；上图筛选高产菌株的过程是定向选择符合人类特定要求菌株的过程，C正确；相同的射线每轮诱变相关基因的突变率不会明显提高，因为每轮诱变的不一定是相同基因，故D错误。,【延伸探究】上题在高产糖化酶菌株定向筛选的过程中能否说明基因突变是定向的？ 提示：不能。定向选择符合人类特定要求的菌株，关键在于“人类定向选择”，而非基因突变具有定向性。,2.(2013江苏高考改编)现有小麦种质资源包括：高产、感病； 低产、抗病；高产、晚熟等品种。为满足不同地区及不同环境 条件下的栽培需求，育种专家要培育3类品种：a.高产、抗病；b.高 产、早熟；c.高产、抗旱。下述育种方法可行的是( ) A.利用品种间杂交筛选获得a B.对品种进行染色体加倍处理筛选获得b C.a、b和c的培育均可采用诱变育种方法 D.用转基因技术将外源抗旱基因导入中无法获得c,【解析】选C。本题考查育种的相关知识。A项中，不具有抗病基因，二者杂交不能获得a，故错误。B项中，是高产、晚熟品种，染色体加倍之后，不能获得早熟性状，故错误。C项中，诱变育种具有不定向性，能获得大量变异性状，a、b和c的培育均可采用诱变育种方法，故正确。D项中，转基因技术可以定向改变生物的性状，将外源抗旱基因导入中能获得c，故错误。,【方法技巧】育种方法的选择技巧 (1)一般育种。 一般作物育种可以选用杂交育种和单倍体育种。如果检测纯合子，则用测交或自交。 若既要检测纯合子又要分离纯合子时，如果优良性状是显性性状则用连续自交；如果优良性状是隐性性状则直接分离。 (2)特殊育种。 为了得到特殊性状，可以选择诱变育种或多倍体育种，如果将不同物种的性状组合在一起，可以选用基因工程等。,3.(2014安徽高考)香味性状是优质水稻品种的重要特性之一。 (1)香稻品种甲的香味性状受隐性基因(a)控制，其香味性状的表现是因为 ，导致香味物质积累。,(2)水稻香味性状与抗病性状独立遗传。抗病(B)对感病(b)为显性。为选育抗病香稻新品种，进行了一系列杂交实验。其中，无香味感病与无香味抗病植株杂交的统计结果如下图所示，则两个亲代的基因型是 。上述杂交的子代自交，后代群体中能稳定遗传的有香味抗病植株所占比例为 。,(3)用纯合无香味植株作母本与香稻品种甲进行杂交，在F1中偶尔发现某一植株具有香味性状。请对此现象给出两种合理的解释： ； 。 (4)单倍体育种可缩短育种年限。离体培养的花粉经脱分化形成 ，最终发育成单倍体植株，这表明花粉具有发育成完整植株所需的 。若要获得二倍体植株，应在 时期用秋水仙素进行诱导处理。,【解题指南】(1)题干关键信息：“稳定遗传的有香味抗病植株”“偶尔”“秋水仙素进行诱导处理”。 (2)图示信息：性状分离比为抗病感病=11，无香味有香味=31。,【解析】本题考查基因对性状的控制及杂交育种、基因突变和单倍体育种等有关知识。 (1)由题意可知，A基因存在无香味物质积累，可能A基因控制合成的酶促进了香味物质分解，而a基因不能控制合成分解香味物质的酶。 (2)根据杂交结果：抗病感病=11，无香味有香味=31，可知亲本的基因型为Aabb、AaBb，则F1为1/8AABb、1/8AAbb、1/4AaBb、1/4Aabb、1/8aaBb、1/8aabb，其中只有1/4AaBb、1/8aaBb自交，才能获得能稳定遗传的有香味抗病植株(aaBB)，所占比例为1/41/4 1/4+1/811/4=3/64。,(3)正常情况下AA与aa杂交，所得子代为Aa(无香味)，偶尔出现的有香味植株有可能是某一雌配子形成时A基因突变为a基因，或某一雌配子形成时，含A基因的染色体片段缺失；还可能是受到环境因素的影响而产生的。 (4)花药离体培养过程中，花粉先经脱分化形成愈伤组织，再通过再分化形成单倍体植株，此过程体现了花粉细胞的全能性，根本原因是花粉细胞中含有控制该植株个体发育所需的全部遗传物质；形成的单倍体植株在幼苗期用一定浓度的秋水仙素处理，可形成二倍体植株。,答案：(1)a基因纯合，参与香味物质代谢的某种酶缺失 (2)Aabb、AaBb 3/64 (3)某一雌配子形成时，A基因突变为a基因 某一雌配子形成时，含A基因的染色体片段缺失 (4)愈伤组织 全部遗传信息 幼苗,【延伸探究】 (1)A与a的根本区别是什么？ 提示：脱氧核苷酸排列顺序的不同。 (2)水稻的香味性状与抗病性状独立遗传，说明控制这两对相对性状的基因位于什么位置？ 提示：非同源染色体上。,【加固训练】 1.图中，甲、乙表示两个水稻品种，A、a和B、b分别表示位于两对同源染色体上的两对等位基因，表示培育水稻新品种的过程，则下列说法错误的是( ),A.过程简便，原理是基因重组 B.和的变异都发生于有丝分裂间期 C.过程可明显缩短育种年限，常用的方法是花药离体培养 D.过程与过程的育种原理相同,【解析】选B。分析题图，过程为杂交育种过程，目的是获得AAbb个体，杂交育种操作简便，但培育周期长，依据的原理是基因重组；和过程都是用秋水仙素处理，其发生的染色体变异是秋水仙素抑制有丝分裂前期纺锤体的形成而产生的；表示单倍体育种过程，其优点是明显缩短育种年限，其中过程常用的方法是花药离体培养；单倍体育种与多倍体育种的原理都是染色体数目变异。,2.下列有关育种的说法中，正确的是( ) A.杂交育种所依据的主要遗传学原理是基因突变 B.生产上通常采用多倍体育种的方法来获得无子番茄 C.诱变育种可以快速获得具有新基因的纯合子 D.植物体细胞杂交育种可以克服远缘杂交不亲和的障碍,【解析】选D。杂交育种依据的遗传学原理是基因重组，故A错误；生产上主要利用一定浓度的生长素或生长素类似物处理未受粉的雌蕊柱头来获得无子番茄，故B错误；诱变育种的原理是基因突变，即使得到具有新基因的个体，其基因纯合的可能性也很低，所以诱变育种不能快速获得具有新基因的纯合子，故C错误。,3.(2015嘉兴模拟)某二倍体植物的体细胞中染色体数为24条，基因型为AaBbCCDd，这4对基因分别位于4对同源染色体上。下列说法错误的是( ) A.产生花粉的基因型有8种 B.C处是指用秋水仙素处理，则个体的体细胞中含有48条染色体 C.个体中能稳定遗传的占1/8，重组类型占37/64 D.若要尽快获得优良纯种aaBBCCdd，则应采用图中ABC过程进行育种,【解题指南】解答本题需要明确： (1)重组类型是指表现型，不是指基因型。 (2)多种育种方式中，单倍体育种所用时间最短。,【解析】选B。A项中，基因型为AaBbCCDd的植物，由于4对基因位于4对同源染色体上，遵循自由组合定律，AaBbCCDd产生8种配子。B项中，ABC为单倍体育种过程，因用秋水仙素处理，所以个体体细胞染色体数仍为24条。C项中，AEF为自交产生后代，子代重组类型为表现型不同于亲代的类型，可将4对相对性状分开考虑，所以后代中非重组类型为A_B_CCD_，共有3/43/413/4=27/64，重组类型为1-27/64=37/64。D项中，单倍体育种可明显地缩短育种年限。,考点二 基因工程 1.基因工程操作工具： (1)限制性核酸内切酶(简称限制酶)。 分布：主要在微生物体内。 特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。,实例：EcoR限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。 切割结果：产生两个DNA片段。 作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。,(2)DNA连接酶。 催化对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段。 催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。 催化结果：形成重组DNA。,(3)常用的运载体质粒。 本质：小型环状DNA分子。 作用。 a.作为运载工具，将目的基因运送到受体细胞中去。 b.在受体细胞内对目的基因进行大量复制。 条件。 a.能在受体细胞内稳定保存并大量复制。 b.有多个限制酶切点，供外源基因插入。 c.有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。,2.对基因工程步骤的五点说明： (1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，只是前者切开，后者连接。 (2)要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口，产生4个黏性末端。 (3)获取目的基因和切割运载体需要用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。,(4)将目的基因导入受体细胞，没有涉及碱基互补配对。 (5)动物一般用受精卵作为受体细胞；植物一般用体细胞作为受体细胞，再通过植物组织培养方式形成新个体；微生物常用不致病的大肠杆菌作为受体细胞。,【高考警示】(1)DNA连接酶和DNA聚合酶的作用对象不同。 DNA连接酶：作用于两个DNA片段。 DNA聚合酶：将单个的脱氧核苷酸连接起来，形成DNA单链。 (2)相同点：这两种酶都是蛋白质，都可以形成两个脱氧核苷酸之间的化学键。 (3)运载体质粒：质粒是最常用的运载体，除此之外，噬菌体的衍生物和动植物病毒也可作为运载体。运载体的化学本质为DNA，其基本单位为脱氧核苷酸。,【考题回访】 1.(2015南京模拟)人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生 产甲种生物的一种蛋白质。生产流程是：甲种生物的蛋白质mRNA 目的基因 与质粒DNA重组 导入乙种生物的细胞中 获得甲种生物的蛋白质。下列说法正确的是( ) A.过程需要的酶是逆转录酶，原料是A、U、G、C B.过程要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与 质粒连接在一起 C.如果受体细胞是细菌，可以选用枯草杆菌、炭疽杆菌等 D.过程中用的原料不含A、U、G、C,【解题指南】解答本题的突破口： (1)过程是由mRNA获得目的基因的过程，属于逆转录。 (2)过程是转录和翻译过程。 【解析】选B。过程是逆转录，利用逆转录酶合成DNA片段，需要的原料是A、T、G、C；过程是目的基因与质粒DNA重组，需要限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起；将重组质粒导入受体细胞时，如果受体细胞是细菌，则不应该用致病菌，而炭疽杆菌是致病菌；过程是基因的表达过程，涉及转录和翻译，原料中含有A、U、G、C四种碱基。,【延伸探究】写出过程碱基互补配对原则。 提示：碱基互补配对原则：UA、AT、CG、GC。,2.(2015济宁模拟)下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。,(1)图中基因工程的基本过程可以概括为“四步曲”： ； ； ； 。 (2)能否利用人的皮肤细胞来完成过程？ ，为什么？ 。 (3)过程必需的酶是 酶，过程必需的酶是 酶。 (4)在利用A、B获得C的过程中，常用 切割B，使它产生 ，再加入 才可形成C。,【解析】(1)基因工程的步骤包括：提取目的基因目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定。 (2)图中过程是从细胞中获取相应的mRNA，由于基因的选择性表达，人的皮肤细胞中的胰岛素基因不转录，不表达，因此不能形成胰岛素mRNA。 (3)从mRNADNA是逆转录的过程，需要逆转录酶。DNA分子的扩增需用解旋酶将双链DNA解旋为单链。 (4)构建基因表达载体时，必须将质粒用限制酶切割，产生一定的黏性末端，才可以在DNA连接酶的作用下与目的基因连接形成基因表达载体。,答案：(1)提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 (2)不能 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素mRNA (3)逆转录 解旋 (4)限制性核酸内切酶 一定的黏性末端 DNA连接酶,【延伸探究】 (1)过程除了使用解旋酶，还可以使用什么方法？ 提示：高温可以使DNA双链解开螺旋。 (2)体外大量获得A的方法称为什么技术？所需的酶有什么特点？ 提示：PCR技术，使用的DNA聚合酶具有耐高温的特点。,【加固训练】 1.下列关于基因工程的叙述，错误的是( ) A.目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物 B.限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶 C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原有生物活性 D.运载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞 【解析】选C。因原核生物无内质网、高尔基体，不能对蛋白质进行加工和修饰，人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原没有生物活性。,2.科学家在某种农杆菌中找到了抗枯萎病的基因，并以质粒为运载体，采用转基因方法培育出了抗枯萎病的金花茶新品种。下列有关叙述正确的是( ) A.质粒是最常用的运载体之一，质粒的存在与否对受体细胞的生存有决定性作用 B.为了保证金花茶植株抗枯萎病，只能以受精卵细胞作为基因工程的受体细胞 C.抗枯萎病基因进入金花茶细胞后，其传递和表达不再遵循中心法则 D.通过该方法获得的抗枯萎病金花茶，将来产生的花粉中不一定含有抗病基因,【解析】选D。作为运载体的条件之一是能够在受体细胞中保存并大量复制，且对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动；转基因植物通常以植物体细胞作为受体细胞；任何基因在任何细胞中，其传递和表达都遵循中心法则。,
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